工業培訓物聯網 (Internet of Things) 與 Raspberry PI 及 AWS IoT Core培訓

模組 0：基礎知識與 AWS IoT 生態系統

• 物聯網簡介
  • 定義 2024 年的物聯網：超越「設備」（邊緣智慧、邊緣 AI/ML、網路物理系統）。
  • 推動物聯網增長的因素（行業、使用案例）。
  • 關鍵物聯網趨勢（邊緣計算、可持續性、AI/ML 集成、增強的安全防護）。
  • AWS IoT 在更廣泛 AWS 生態系統中的位置（AWS Partner Network - APN 資源）。
• AWS IoT 服務概覽
  • AWS IoT Core (MQTT/Bridge、Jobs、Device Defender)。
  • AWS IoT Device Management (設備入網、配置管理、OTA 更新)。
  • AWS IoT Analytics (數據處理、豐富化、建模)。
  • AWS IoT Greengrass (邊緣計算、本地執行、安全連接)。
  • AWS IoT Button (簡易設備的概念概述)。
  • 連接： AWS IoT Core -> Lambda/DynamoDB/OpenSearch/Step Functions/SageMaker。

模組 1：物聯網架構、組件與安全

• 物聯網架構
  • 設備層 (感測器、執行器、邊緣設備如 Raspberry Pi、ESP32)。
  • 連接層 (MQTT、CoAP、HTTP、LPWAN - LoRaWAN、NB-IoT、Sigfox、蜂窩物聯網)。
  • 雲端集成層 (AWS IoT Core、API Gateway、Lambda、Step Functions)。
  • 數據處理及分析層 (DynamoDB、Timestream、OpenSearch、S3、Athena、SageMaker)。
  • 應用層 (行動端、使用 AWS Amplify 的 Web Apps、自定義業務應用程式)。
  • 重要性：解釋分佈式架構背後的「原因」（延遲、頻寬、運算能力、安全性）。
• 核心物聯網組件深入探討
  • 硬體：選擇標準 (MCU、連接性、感測器)、安全元素 (可信執行環境 - TEEs)。
  • 邊緣計算 (AWS Greengrass)：優勢 (低延遲、減少雲端流量、本地決策)。
  • 設備管理：入網 (空中下載技術 - OTA、預配置)、配置、監控、遠程除錯。
  • 安全深入探討：設備身份、認證及授權 (X.509 證書、JSON Web Tokens - JWTs)、數據加密 (靜態數據和傳輸中數據)、AWS IoT Device Defender。
  • 安全標準化：介紹標準 (例如，IEEE P2145、Open Connectivity Foundation - OCF) 及合規性 (ISO/IEC 27001、SOC 2)。
• 針對物聯網的 AWS 特定 PaaS 功能
  • AWS IoT Core (安全 MQTT/Bridge、用於韌體更新的 Jobs、Device Defender)。
  • AWS Lambda (用於數據預處理、觸發操作的無伺服器運算)。
  • AWS Step Functions (用於複雜設備交互的狀態機工作流)。
  • Amazon DynamoDB (用於快速物聯網數據採集的 NoSQL 資料庫)。
  • Amazon OpenSearch Service (搜索及分析、時間序列數據處理)。
  • Amazon Timestream (專用的時間序列資料庫)。
  • Amazon S3 (原始數據湖存儲)。
  • AWS IoT Device Defender (監控及安全評估)。
  • AWS IoT Wireless (連接遠程 LPWAN 設備)。

模組 2：物聯網設備通信協議

• MQTT (MQTT v5 & WebSockets)
  • MQTT 5.0 功能 (保留、Clean Session 標誌、用戶屬性、萬用字元主題)。
  • 基於 WebSockets 的 MQTT (標準化)。
  • 服務質量 (QoS) 級別說明。
  • 協議最佳實踐。
• 替代協議
  • CoAP (受限應用協議)，適用於受限設備。
  • AMQP / 基於 AMQP 的 MQTT (標準數據交換格式)。
  • HTTP (用於更簡單、頻率較低的更新)。
  • WebSockets (全雙工通信)。

模組 3：構建強大的 AWS IoT 應用程式

• 設備入網及安全連接
  • AWS IoT Device Defender 預配置。
  • 安全空中下載 (OTA) 入網 (例如，使用 AWS IoT Button 概念)。
  • 管理設備證書 (ACM/PKI)。
  • 實施基於 TLS 的 MQTT。
• 數據採集、存儲及處理
  • 高效地將設備數據發送至 AWS IoT Core。
  • 選擇正確的目標：Lambda (事件驅動)、Step Functions (編排)、Timestream (時間序列)、OpenSearch (搜索及分析)、S3 (原始數據)。
  • 在存儲之前使用 AWS IoT Analytics 進行數據豐富和清洗。
  • 處理高吞吐量場景 (Kinesis/Firehose)。
• 設備管理與運營
  • 使用 AWS IoT Device Management 進行車隊管理。
  • 實施及管理 OTA 更新 (使用 AWS IoT Jobs)。
  • 遠程監控及配置。
• 構建物聯網後端
  • API Gateway，用於創建 REST/GraphQL API，以與設備和數據交互。
  • AWS Lambda 用於業務邏輯。
  • AWS Step Functions，用於協調分佈式組件。
  • Amazon SQS/SNS 用於異步消息傳遞及事件觸發。

模組 4：邊緣計算與高級集成

• AWS IoT Greengrass
  • 概念 (核心、設備、連接器)。
  • 在設備本地運行 Lambda 函數。
  • 直接在設備上執行代碼 (C++、Python)。
  • Greengrass 核心與 AWS/物聯網設備之間的安全通信。
  • 使用案例：本地數據過濾、預處理或邊緣的 AI 推論。
• 與 AI/ML 集成
  • 在雲端中使用 SageMaker 進行複雜 ML 模型開發。
  • 使用 Greengrass ML Accelerator (GMA) 在邊緣運行 ML 推論。
• 數據可視化及用戶界面
  • 使用 AWS IoT SiteWise 進行工業數據可視化。
  • 使用 AWS Amplify (API、UI、認證) 構建 Web Apps。
  • 使用 Amazon QuickSight 或 OpenSearch Dashboards 創建儀表板。

模組 5：安全、治理及最佳實踐

• 物聯網安全生命週期
  • 安全設計原則 (深度防禦)。
  • 安全開發實踐 (OWASP IoT Top 10)。
  • 漏洞管理。
  • 物聯網威脅建模。
• AWS 針對物聯網的安全服務
  • AWS IoT Device Defender (服務及 Device Defender)。
  • AWS Shield、AWS Identity and Access Management (IAM)。
  • 用於合規性檢查的 AWS Config。
  • 硬體安全模組 (HSMs) 集成。
• 數據隱私及治理
  • 處理敏感數據 (PII)。
  • 數據保留及刪除政策。
  • 合規性考量。

模組 6：實操項目及終端專案

• 引導式實操實驗
  • 設備入網及 MQTT 通信。
  • 實施安全數據採集至 AWS。
  • 構建簡易 IoT 儀表板。
  • OTA 更新模擬。
  • AWS IoT Greengrass 入門。
• 終端專案
  • 構建完整的 IoT 解決方案，解決實際問題 (例如，智能家居自動化、環境監測、工業感測器集線器)。
  • 要求：安全設備、數據採集、處理、可視化，以及可選的邊緣組件。
  • 使用課程中覆蓋的 AWS 服務。